les réseaux

1. Chapitre 1
Rappel sur les réseaux
informatique locaux et API
1

2. 2
Un réseau local industriel (RLI) est un système de
communication entre plusieurs équipements de
type industriel (capteurs, automates, actionneurs,
...) dans une zone géographique limitée (un «
terrain »). On parle aussi de « bus de terrain » ou
de « réseau de terrain ».

3. 3
Un réseau local industriel (RLI) est un système de
communication entre plusieurs équipements de
type industriel (capteurs, automates, actionneurs,
...) dans une zone géographique limitée (un «
terrain »). On parle aussi de « bus de terrain » ou
de « réseau de terrain ».

4. Chapitre 1 : Rappel sur les réseaux informatique
locaux et API
1. Classification des réseaux informatiques (taille, topologie)
2. Présentation des équipements d’un réseau informatique
3. Modèle de référence OSI
4. Modèle TCP/IP
5. Pyramide CIM
6. Processus technologiques (Actionneur et capteurs)
7. Contrôle local (API, PC industriel, Robots ...)
4

5. Chapitre 1 : Rappel sur les réseaux informatique
locaux et API
1. Classification des réseaux informatiques (taille, topologie)
2. Présentation des équipements d’un réseau informatique
3. Modèle de référence OSI
4. Modèle TCP/IP
5. Pyramide CIM
6. Processus technologiques (Actionneur et capteurs)
7. Contrôle local (API, PC industriel, Robots ...)
5

6. 1- Classification des réseaux
informatiques (taille, topologie)
6

7. Les principales topologies des réseaux industriels
 La topologie d'un réseau décrit le schéma d'interconnexion entre les
différents équipements ou de manière générale entre les différents nœuds.
 On rencontre essentiellement 3 schémas de base :
• Connexions en étoile,
7

8. • Connexions en anneau.
8

9. • Connexions sur un bus,
9

10. 10

11. Différentes tailles de réseau
• Réseau WAN (Wide Area Network)
• Réseau MAN (Métropolitan Area Network)
• Réseau LAN (Local Area Network)
• Réseau CAN (Controller Area Network)
11

12. 12

13. 13

14. 14

15. 15

16. 16

17. 2- Présentation des équipements d’un
réseau informatique
17

18. I. Objectifs :
 Connaître les différents supports de transmission
 Identifier les composants actifs et passifs des réseaux
II. Introduction
En plus des logiciels et des protocoles, un réseau est constitué d'un ensemble
d'équipements nécessaires pour acheminer les données. Ces équipements varient selon
les fonctions requises et les technologies choisies.
III. Les composants matériels :
Un réseau informatique est constitué d’ordinateurs reliés entre eux par un ensemble
d’éléments matériels. Parmi ces éléments, on peut citer : Cartes réseau, câbles, prises
réseau, commutateurs, concentrateurs, …
18

19. IV. Classification des équipements réseau :
1. Matériel passif :
a. Support physique de transmission :
 Câble coaxial : Composé d'un fil de cuivre (âme), enveloppe d'isolation,
blindage métallique tressé et une gaine protectrice extérieure.
19

20.  Câble à paires torsadées : Constitué de fils en cuivre entrelacés en torsade et
ayant des isolants en plastique à codes de couleurs.
 Fibre optique : C'est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété
de conduire la lumière. Permet des connexions sur de longues distances.
20

21.  Liaison sans fil : Rayonnement infrarouge, Ondes radioélectriques.
b. Les connecteurs réseau :
 Connecteur BNC : Utiliser avec des câbles coaxiaux.
21

22.  Connecteur RJ45 : Utilisé avec des câbles paires torsadées.
 Connecteur optique : Utilisé avec des câbles à fibres optiques.
22

23. 2. Matériel actif :
a. Carte réseau :
Elle constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau. La fonction
d’une carte réseau est de préparer, d’envoyer et de contrôler les données
sur le réseau.
23

24. b. Le répéteur :
Le signal transmis entre deux noeuds d'un LAN subit un affaiblissement
important lorsque la distance est entre ces deux derniers est très longue. Un
répéteur est un équipement simple permettant de régénérer le signal.
c. Les ponts :
Un pont est un dispositif matériel permettant de relier des réseaux travaillant
avec le même protocole. Ainsi, le pont permet de segmenter un réseau en
conservant au niveau du réseau local les trames destinées au niveau local et en
transmettant les trames destinées aux autres réseaux. Cela permet de réduire le
trafic (notamment les collisions) sur chacun des réseaux.
24

25. d. Le concentrateur (hub) :
Le concentrateur est ainsi une entité possédant un certain nombre de ports
(généralement 4, 8, 16 ou 32). Son unique but est de récupérer les données
binaires parvenant sur un port et de les diffuser sur l'ensemble des ports.
Le concentrateur permet ainsi de connecter plusieurs machines entre elles,
parfois disposées en étoile, ce qui lui vaut le nom de hub, pour illustrer le fait
qu'il s'agit du point de passage des communications des différentes machines.
25

26. e. Les commutateurs (Switch) :
Un commutateur est un pont multiports, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un élément
actif agissant au niveau 2 du modèle OSI.
Le commutateur analyse les trames arrivant sur ses ports d'entrée et filtre les
données afin de les aiguiller uniquement sur les ports adéquats (on parle de
commutation ou de réseaux commutés).
26

27. f. Les routeurs :
Un routeur est un équipement d'interconnexion de réseaux informatiques
permettant d'assurer le routage des paquets de données entre deux réseaux ou
plus. afin de déterminer le chemin qu'un paquet de données va emprunter. Les
routeurs tiennent à jour des tables de routage, véritable cartographie des
itinéraires à suivre en fonction de l'adresse visée.
27

28. 3- Modèle de référence OSI
28
OSI : Open Systems
Interconnection Reference
Model

29.  Le fonctionnement d’une entreprise fait généralement
intervenir deux types d’acteurs : les hommes et les machines.
Donc trois types de relations peuvent être observés :
• La communication entre les hommes
• La communication entre les hommes et les machines
• La communication entre les équipements
d’automatismes dans le cas des RLI.
Introduction
29

30. La communication entre les machines
 Elle est inspirée et calquée sur celle des hommes. Plus
précisément sur l’échange d’un courrier postal entre deux
personnes.
 Tout comme pour les machines d’un réseau informatique,
pour les équipements d’automatisme d’un RLI, cette
procédure d’échange est formalisée et normalisée par l’ISO
et décrite par le modèle de communication OSI.
30

31. Le modèle OSI : pourquoi ?
 Le processus de communication sur réseau est
tellement complexe qu’on fût obligé de le prendre en
charge par plusieurs programmes au lieu d’un seul : idée
de diviser le problème en plusieurs parties pour mieux le
maitriser.
 Ces programmes sont répartis sur un ensemble de
couches hiérarchisées et communiquent entre eux via des
interfaces constituées par ce qu’on appelle des points
d’accès aux services (SAP = Service Access Point).
 Cette ensemble de couches hiérarchisées selon lequel
s’effectuent les communications entre les machines ou
équipements d’automatismes s’appelle modèle OSI.
31

32. Le modèle OSI : pourquoi ?
 Le processus de communication sur réseau est
tellement complexe qu’on fût obligé de le prendre en
charge par plusieurs programmes au lieu d’un seul : idée
de diviser le problème en plusieurs parties pour mieux le
maitriser.
 Ces programmes sont répartis sur un ensemble de
couches hiérarchisées et communiquent entre eux via des
interfaces constituées par ce qu’on appelle des points
d’accès aux services (SAP = Service Access Point).
 Cette ensemble de couches hiérarchisées selon lequel
s’effectuent les communications entre les machines ou
équipements d’automatismes s’appelle modèle OSI.
32

33. Constitution du modèle OSI
 Le modèle OSI est constitué de 7 couches :
 IL est défini par l’ISO comme modèle de
communications avant tout pour les réseaux
informatiques, ensuite il fût utilisé par les RLI.
 Le tableau suivant en indique les différentes
couches et le rôle de chacune d’elles.
33

34. Constitution du modèle OSI
 Le modèle OSI est constitué de 7 couches :
 IL est défini par l’ISO comme modèle de
communications avant tout pour les réseaux
informatiques, ensuite il fût utilisé par les RLI.
 Le tableau suivant en indique les différentes
couches et le rôle de chacune d’elles.
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35. Constitution du modèle OSI
 Le modèle OSI est constitué de 7 couches :
 IL est défini par l’ISO comme modèle de
communications avant tout pour les réseaux
informatiques, ensuite il fût utilisé par les RLI.
 Le tableau suivant en indique les différentes
couches et le rôle de chacune d’elles.
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36. Application
Protocole d‘application
Application
Présentation
Protocole de présentation
Présentation
Session
Protocole de session
Session
Transport
Protocole de transport
Transport
Réseau
Protocole de réseau
Réseau
Liaison
Protocole de liaison
Liaison
Physique Physique
Protocole = ensemble de règles selon lesquelles se font les échanges entre
deux programmes de même niveau hiérarchique. Ils sont implémentés par des
programmes qui résident aux niveau des couches du modèle.
Interface
:
SAP
Nœud A Nœud B
36

37. 37

38. • Le Modèle I.S.O. possède 7 couches
– Couches de 1 à 4: couches basses chargées d ’assurer un transport
optimal des données
– Couches 5 à 7: couches hautes chargées du traitement des données
APPLICATION
7
6
5
4
3
2
1
PRESENTATIO
N
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON
PHYSIQUE
APPLICATION 7
6
5
4
3
2
1
PRESENTATIO
N
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON
PHYSIQUE
SUPPORT PHYSIQUE
BITS
TRAMES
PAQUETS
MESSAGES
PROTOCOLE
SERVICE
38

39. 39
Les protocoles
Un protocole de communication définit
l'ensemble des procédures et informations
échangées pour réaliser une communication.
Les protocoles réseaux sont très nombreux. On
peut cependant retrouver des caractéristiques
communes à tous les protocoles de transmission.

40. TCP/IP
Association de deux protocoles :
 TCP (Transmission Control Protocol) : protocole de la couche transport
 IP (Internet Protocol) : protocole de la couche Internet.
Adresses IP :
 Adresses de 4 octets constituée d’une adresse de réseau et d’une
adresse de station.
 Ex : 192.60.15.245
40

41. TCP/IP est une suite de protocoles. Le sigle TCP/IP signifie «Transmission Control
Protocol/Internet Protocol» et se prononce «T-C-P-I-P». Il provient des noms des
deux protocoles majeurs de la suite de protocoles, c'est-à-dire les
protocoles TCP et IP).
TCP/IP représente d'une certaine façon l'ensemble des règles de communication
sur internet et se base sur la notion adressage IP, c'est-à-dire le fait de fournir
une adresse IP à chaque machine du réseau afin de pouvoir acheminer des paquets
de données. Etant donné que la suite de protocoles TCP/IP a été créée à l'origine
dans un but militaire, elle est conçue pour répondre à un certain nombre de
critères parmi lesquels :
Le fractionnement des messages en paquets ;
L'utilisation d'un système d'adresses ;
L'acheminement des données sur le réseau (routage) ;
Le contrôle des erreurs de transmission de données.
La connaissance de l'ensemble des protocoles TCP/IP n'est pas essentielle pour un
simple utilisateur, au même titre qu'un téléspectateur n'a pas besoin de connaître
le fonctionnement de son téléviseur, ni des réseaux audiovisuels. Toutefois, sa
connaissance est nécessaire pour les personnes désirant administrer ou maintenir
un réseau TCP/IP.
41

42. TCP/IP est une suite de protocoles. Le sigle TCP/IP signifie «Transmission Control
Protocol/Internet Protocol» et se prononce «T-C-P-I-P». Il provient des noms des
deux protocoles majeurs de la suite de protocoles, c'est-à-dire les
protocoles TCP et IP).
TCP/IP représente d'une certaine façon l'ensemble des règles de communication
sur internet et se base sur la notion adressage IP, c'est-à-dire le fait de fournir
une adresse IP à chaque machine du réseau afin de pouvoir acheminer des paquets
de données. Etant donné que la suite de protocoles TCP/IP a été créée à l'origine
dans un but militaire, elle est conçue pour répondre à un certain nombre de
critères parmi lesquels :
Le fractionnement des messages en paquets ;
L'utilisation d'un système d'adresses ;
L'acheminement des données sur le réseau (routage) ;
Le contrôle des erreurs de transmission de données.
La connaissance de l'ensemble des protocoles TCP/IP n'est pas essentielle pour un
simple utilisateur, au même titre qu'un téléspectateur n'a pas besoin de connaître
le fonctionnement de son téléviseur, ni des réseaux audiovisuels. Toutefois, sa
connaissance est nécessaire pour les personnes désirant administrer ou maintenir
un réseau TCP/IP.
42

43. Exemples d’automatismes:
Exemple 1 : démarrage/arrêt automatiquement
, d’une pompe pour remplir un réservoir.
43

44. Définition
 Un RLI est un Réseau de communications numérique reliant entre eux,
des ordinateurs et différents types d’équipements d’automatismes sur
un espace géographique limité pour faire communiquer les processus
distants d’une application industrielle qui s’exécute sur ces équipements,
Qu’est ce qu’un équipement d’automatismes ? Rappel
 Tout dispositif ou système utilisé pour la réalisation d’un automatisme.
44

45. Exemples d’équipements d’automatismes
 Automates programmables
 Machine à commande numérique (CNC)
 Capteurs : par exemple pour la mesure de température, de pression,
…..etc.
 Actionneurs : par exemple four, chauffage, moteur, …etc.
 Modules d’entrées/sorties intelligents
 Pré-actionneurs : par exemple relais, interrupteurs
45

46. Qu’est ce qu’un automatisme? rappel
 Ensemble d’actions ou opérations accomplies sans
intervention humaine pouvant être matérialisé ou réalisé à
l’aide d’une logique câblée, ou logique microprogrammée .
46

47. Exemple 2: Arrosage automatique d’un terrain
Electrovanne
Tuyau
Plantes
Sonde d’humidité
Arroseur
Programmateur
d’arrosage
automatique
Eau
47

48. Logique cablée et logique microprogrammée? rappels
 Logique câblée : On utilise des circuits intégrés tels que les
opérateurs logiques, les opérateurs arithmétiques, les
multiplexeurs et démultiplexeurs, les sélecteurs, les
compteurs, les registres, etc... pour réaliser l’automatisme.
 Logique microprogrammée : on utilise un microprocesseur (des
microprocesseurs) ou un microcontrôleur (des microcontrôleurs)
pour réaliser l’automatisme.
48

49. Exemples de domaines d’utilisations des RLI
 Dans les industries manufacturières
 Dans les industries des procédés continus
 Dans la gestion de bâtiments/Habitations ou
domotique/immotique
 Avec les systèmes embarqués dans les véhicules
 La gestion du transport des personnes dans les véhicules
49

50. Les industries de procédés continus ?
On appelle industrie de procédés continues, une industrie dans laquelle, le
processus de production est constitué par une séquence de réactions
physico-chimiques se déroulant de manière continue.
Exemple d’entreprises de procédés continus
Les raffineries de pétrole, les usines chimiques, les usines de production de
papier.
Exemple de réseau utilisé dans les entreprises de procédés continus
Foundation Fieldbus (FF)
50

51. Les industries manufacturières
On appelle industrie manufacturière, une industrie dans laquelle le
processus de production est généralement discontinu et est constitué d’une
succession d'opérations de mise en forme et d'assemblage réalisées à l'aide
de machines.
Exemple d’entreprises manufacturière :
Les entreprises de fabrications de produits mécaniques, électriques et électroniques .
Exemple de réseau utilisé dans les entreprises de manufacturières
BUS ASI (Actuator Sensor Interface),
BUS CAN (Controller Area Network)
51

52. Ce type d’application couvre la surveillance des bâtiments, le contrôle d’accès, la
climatisation, la gestion des appareils électroménagers, la gestion de fluides … etc.
La gestion de bâtiments : domotique et immotique
Exemple de réseau utilisé dans la domotique
 Le réseau EIB/KNX (European Installation Bus /Konnex)
52

53. Les systèmes embarqués dans les véhicules
Exemple de réseau utilisé avec les systèmes embarqués
Ces applications ont pour objectif d’assister le conducteur dans le pilotage ou la conduite du véhicule
(automobile, train, avion...), et d’automatiser complètement certaines fonctions comme :
 le réseau CAN (Controller Area Network)
 La gestion et optimisation de la consommation d’énergie.
 Le changement automatique des vitesses
 Le contrôle de la direction
 La gestion des phares, ….. Etc.
Ces applications sont réparties sur plusieurs équipements qui doivent donc être
reliés par un réseau embarqué.
53

54. Le transport des personnes par des véhicules
Exemple de réseau utilisé dans ce domaine
Dans ce domaine on fait entre autres, et grâce aux RLI, la gestion d’un réseau de
chemin de fer, la surveillance d’une autoroute … etc.
 Le réseau Modbus
54

55. Naissance des réseaux locaux industriels :
 Les RLI firent leur première apparition dans l’industrie des procédés continus (le réseau WDPF) et dans
l’industrie manufacturière de l’automobile (le bus CAN).
 Dans l’industrie des procédés continus, ils sont nés du besoin d’améliorer la productivité et de
faire baisser les couts de production.
 Dans l’industrie manufacturière de l’automobile, ils sont nés du besoin de diminuer le câblage
entre les systèmes embarqués dans les voitures..
 Ensuite leurs utilisations se sont étendues à d’autres domaines comme :
- La domotique et l’ immotique
- Le transport des personnes
- Le transport d’énergies et de fluides
- La production d’énergies.
55

56.  Dans la domotique, l’utilisation des RLI est due au besoin de surveiller du mieux possible une
habitation ou un bâtiment, d’en contrôler l’accès, la climatisation, la gestion des appareils
électroménagers et de gérer les fluides.
 Dans le domaine du transport des personnes, l’utilisation des RLI est due au besoin de télé-
conduire un trafic, de gérer un réseau de chemin de fer, et de surveiller une autoroute.
 Dans le domaine du transport d’énergie et de fluides, l’utilisation des RLI est due au besoin de
gérer du mieux possible la distribution d’électricité, de gaz, d’eau, de vapeur, etc.
56

57. b) Les réseaux d’équipements d’automatismes ou de périphérie des
unités de traitement (Device Bus)
 On appelle unités de traitements les API, les superviseurs, et les machines
à commande numérique (MCN ou CNC)
 Ces réseaux relient des équipements de périphérie d’unités de traitement.
Automate programmable industriel Superviseur de températures en
plusieurs points d’un site
Machine à commande numérique
57

58. Position des réseaux locaux dans une entreprise de procédés
continus ou manufacturière
 Dans une entreprise il n y a pas que des réseaux industriels. Il y a aussi les réseaux
informatiques de l’entreprise qui connectent des ordinateurs pour faire du
marketing, du management, de la logistique , de la planification et de l’ingénierie.
 Ces deux types de réseaux sont intégrés dans un ensemble de réseaux qui est
représenté par un modèle d’architecture de réseaux défini par la pyramide CIM.
 La pyramide CIM est un modèle d’architecture matérielle des réseaux
d’entreprise, défini par les automaticiens, qui montre comment doit être faite cette
intégration .
 Il est constitué de 5 niveaux disposés les uns vis-à-vis des autres d’une manière
hiérarchique où dans chaque niveau est défini un type de réseau.
58

59. Dans ce niveau, on mesure et on actionne
niveau 1: réseaux d’équipements de périphérie des unités
de traitements et réseaux de terrain
niveau 2 : réseaux de cellules
Niveau 3 :réseaux d’ateliers
niveau 4 : Réseau d’usine
RLI
Réseaux
Informatique
niveau 0 : réseaux des capteurs/actionneurs
Relient les unités de traitement du réseau de terrain
Relient les réseaux des différentes cellules
Relie les réseaux de marketing , de gestion, planification,
de logistique et d’ingénierie
Vers Internet
Dans ce niveau, on traite et on commande
Dans ce niveau, on conduit et on contrôle les unités de traitements
Dans ce niveau, on supervise et on suit la production ou la fabrication
Tout
ce
qui
est
automatisme,
est
effectué
sur
ces
deux
niveaux
Illustration : PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing )
Intégration du réseau d’usine et des réseaux locaux industriels
passerelle
passerelle
passerelle
passerelle
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60. Exemple d’intégration réseau usine et réseaux locaux industriels
Remarque : dans cet exemple le réseau de cellule est également celui de
terrain et des équipements de périphéries des unités de traitements. La CIM
est réduite à 3 niveaux au lieu de 5.
60

61. 61
Une API pour application programming interface permet à deux applications de
communiquer entre elles.
Une API permet de rendre disponibles les données ou les fonctionnalités d’une application
existante afin que d’autres applications les utilisent.
Utiliser une API permet donc d’utiliser un programme existant plutôt que de le re-
développer. C’est donc un grand gain de temps à la clé.
Interface de programmation applicative API

62. 62
API : application programming interface

63. 63